软件定时器

定时器

定时器（Timer） 是一个使用内核系统时钟来计时的内核对象。当一个定时器指定的时间计时到达时，它会执行一个应用层定义的动作，或简单地记录下这个“期满”事件，并等待应用层读取它的状态值

概念

我们可以定义任意数量的定时器，每个定时器都通过它的内存地址来引用

一个定时器有以下几个关键属性：

①时限（Duration）：是指从启动到定时器第一次期满之间的时间间隔，单位为毫秒。该值必须大于0

②周期（Period）：是指在定时器第一次期满之后，后续每次期满之间的时间间隔，单位为毫秒。该值不能为负数，若该值为0，则该定时器为一次性计时，并会在单次期满后停止工作（例如，如果一个定时器设置时限为200ms、周期为75ms，那么它将在200ms到达第一次期满，然后以75ms为周期循环到达）

③期满函数（Expiry function）：是在定时器每次期满时所执行的函数，该函数由系统时钟中断处理函数来执行。若在期满时无函数需要执行，则该期满函数需要指定为 NULL

④终止函数（Stop function） 是在定时器运行期间提前终止时所执行的函数。该函数由终止定时器的线程来执行。若在提前终止时无函数需要执行，则该终止函数需要指定为 NULL

⑤状态值（status） 指示了自最后一次读取该状态值后，定时器经历了多少次期满

定时器在使用前必须先初始化。初始化时将设置期满函数和终止函数，清零定时器状态值，并设置定时器为停止状态

定时器将在指定时限和周期后被启动。在定时器状态值清零后，定时器进入运行状态并开始计时

当一个运行中的定时器发生期满时，其状态值将自增，并执行期满函数，如果设置了期满函数。若某线程正在等待该定时器计时结束，该线程将不再被阻塞。如果定时器的周期为0，则此时定期进入停止状态；否则定时器将以周期为时限重启定时器

如果有需要，运行中的定时器可以在中途被终止，此时，定时器的状态值将保持不变，然后定时器进入停止状态并执行终止函数，如果设置了终止函数。若某线程正在等待该定时器计时结束，该线程将不再被阻塞。 尝试终止一个非运行的定时器是允许的，但这不产生任何效果，因为其已经停止了

如果有需要，运行中的定时器可以在中途被重启，此时，定时器的状态值复位为0，然后定时器以调用者指定的时限和周期继续运行。若某线程正在等待该定时器计时结束，该线程将继续等待

定时器的状态值可以在任意时间直接读取，以确定自上一次读取该状态值，定时器经历了多少个期满。 读取定时器状态值的行为将清零状态值。 定时器期满之前的剩余时间也是可读的，若值为0则表示该定时器已经停止

一个线程可以通过定时器以异步的方法来间接读取定时器的状态值。这将阻塞该线程直至该定时器的状态值为一个非零值（指示该定时器至少发生过期满）或该定时器被终止；如果该定时器的状态值已经是一个非零值或该定时器已经被终止，则该线程则继续运行而不再等待。同步操作将返回定时器的状态值并重置状态值为0

note：因为在读取状态值（直接或间接）时将会改变其值，所以只能有一个用户可以检查指定定时器的状态值。类似的，在同一时刻只能有一个线程可以和指定的定时器同步。因为中断服务程序不允许被阻塞，所以中断服务程序不允许同步定时器

定时器的局限性

因为定时器是基于系统时钟，所以在使用一个定时器时指定的延时时间都是最小值（详见时钟的局限性）

实现

定义一个定时器

通过使用类型为 struct k_timer 的变量来定义一个定时器。 该定时器随后必须通过调用k_timer_init() 来初始化，如下的代码定义并初始化了一个定时器：

struct k_timermy_timer;

extern void my_expiry_function(structk_timer *timer_id);

k_timer_init(&my_timer,my_expiry_function,NULL);

另外，定时器可以在编译阶段通过调用 K_TIMER_DEFINE 来定义和初始化，如下的代码与上面的代码效果一致：

K_TIMER_DEFINE(my_timer,my_expiry_function,NULL);

使用定时器的期满函数

如下代码使用定时器周期地执行了一个有意义的操作。因为定时器期满函数会提交一项工作到系统工作队列中，所以工作无法在中断函数中实现，具体代码如下：

{    /* do the processing that needs to be done periodically */    ...}struct k_work my_work = K_WORK_INITIALIZER(my_work_handler);void my_timer_handler(struct k_timer *dummy){    k_work_submit(&my_work);}K_TIMER_DEFINE(my_timer, my_timer_handler, NULL);.../* start periodic timer that expires once every second */k_timer_start(&my_timer, K_SECONDS(1), K_SECONDS(1));

读取定时器状态值

如下的代码直接读取了一个定时器的状态值，以确定该定时器是否期满

K_TIMER_DEFINE(my_status_timer, NULL, NULL);.../* start one shot timer that expires after 200 ms */k_timer_start(&my_status_timer, K_MSEC(200), 0);/* do work */.../* check timer status */if (k_timer_status_get(&my_status_timer) > 0) {    /* timer has expired */} else if (k_timer_remaining_get(&my_status_timer) == 0) {    /* timer was stopped (by someone else) before expiring */} else {    /* timer is still running */}

使用定时器状态值同步

如下的代码执行了定时器的状态值同步，以允许一个线程在一对独立的协议操作之间（这个操作间隔时间长度是指定的），执行一些其他有用的工作

K_TIMER_DEFINE(my_sync_timer, NULL, NULL);.../* do first protocol operation */.../* start one shot timer that expires after 500 ms */k_timer_start(&my_sync_timer, K_MSEC(500), 0);/* do other work */.../* ensure timer has expired (waiting for expiry, if necessary) */k_timer_status_sync(&my_sync_timer);/* do second protocol operation */...

note：如果一个线程无其它工作可做，该线程可以在两个协议操作之间睡眠，而不是使用定时器

推荐用法

①使用定时器在指定的时间后初始化一个异步操作

②使用定时器来确定指定的时间长度是否已经流逝

③在执行一些涉及时间限制的操作时可以通过定时器执行一些其它工作

note：如果一个线程在等待一个计时器时无其它工作可做，应调用 k_sleep() 。 如果一个线程需要测量一个操作所需要的时间，可以不用使用定时器，而是直接读取系统时钟或者硬件时钟

配置选项

相关的配置选项:

无

APIs：

kernel.h 文件提供如下的定时器API：

• K_TIMER_DEFINE
• k_timer_init()
• k_timer_start()
• k_timer_stop()
• k_timer_status_get()
• k_timer_status_sync()
• k_timer_remaining_get()